Informatyka i programowanie przez wszystkie lata w szkole

Informatyka i programowanie przez wszystkie lata w szkole Jak realizować proponowaną podstawę programową kształcenia informatycznego Maciej M. Sysło UMK Toruń, UWr Wrocław syslo@mat. uni. torun. pl, …@ii. uni. wroc. pl http: //mmsyslo. pl

Polska … przed USA Koniec grudnia, 2015: § szybki Internet do wszystkich szkół (MC) § nowa podstawa programowa informatyki, a w niej programowanie dla wszystkich uczniów Koniec stycznia, 2016: Prezydent Obama ogłasza Computer Science for ALL i obiecuje znaleźć na to $ 4 000 000 Maciej M. Sysło

W Wielkiej Brytanii: Koniec z ICT w szkołach ? ICT znika z podstawy programowej i robi miejsce dla informatyki Minister edukacji w UK Maciej M. Sysło To było w 2012 roku Od września 2014 do szkół UK weszła informatyka i programowanie dla wszystkich uczniów – Computing

Badania Euro. Stat Polacy a umiejętność programowania średnia europejska: 20 Polscy uczniowie i studenci: 16 22 miejsce w Europie Maciej M. Sysło 4

PISA 2012 Maciej M. Sysło Polska: Poniżej średniej europejskiej we wszystkich kategoriach 5

Jedna z motywacji Dlaczego nasi uczniowie wypadli źle (29 miejsce na 32 kraje) w badaniach PISA w zakresie rozwiązywania problemów, programowania urządzeń cyfrowych. Testy: najkrótsze drogi klimatyzator ó m e l ąz i w oz nie a yw b o r p w w o m ra g o r i „p ” e Biletomat ani R Maciej M. Sysło 6

Inna motywacja – potrzeby i kompetencje § 2020 w USA: potrzebnych będzie ponad 1 mln osób z wykształceniem informatycznym, a uczelnie opuści tylko 400 tys. § Podobnie w UK, UE i w Polsce § ale ok. 30 tys. absolwentów starało się na kierunki informatyczne, na ogół nie przygotowanych do studiowania informatyki – tylko 4 tys. zdawało maturę z informatyki § stąd duży odsiew na I roku studiów (ponad 50%) – zły, nie przygotowany wybór do studiowania Generalnie: § Kompetencje informatyczne = kompetencje rozwiązywania problemów z pomocą komputera = kompetencje rozwiązywania jakichkolwiek problemów niemal w każdej dziedzinie Maciej M. Sysło 7

Zapowiedź … Z końca grudnia 2015: § szybki Internet do wszystkich szkół (MC) § nowa podstawa programowa informatyki, a w niej programowanie dla wszystkich uczniów: § § 2016/2017 – pilotaż 2017/2018 – na dobre we wszystkich szkołach MUSIMY BYĆ GOTOWI! W pewnym sensie jesteśmy: § na każdym etapie edukacyjnym istnieją przedmioty informatyczne § w szkołach pracują nauczyciele tych przedmiotów § szkoły są wyposażone w podstawowy sprzęt informatyczny § środowiska programistyczne są powszechnie dostępne i bezpłatne § duże zaangażowanie uczniów i gotowość do udziału w zajęciach informatycznych/programistycznych Maciej M. Sysło

Propozycja Rady przy MEN Nowa podstawa przedmiotu informatyka dla każdego poziomu edukacyjnego, adresowana do wszystkich uczniów. Założenia: . n i dz e i z § informatyka jest czymś więcej niż tylko programowaniem d h c y n n § myślenie komputacyjne, a w jego ramach programowanie, to i e iel czwarta podstawowa alfabetyzacja obok: w czytania, pisania i k ta rachowania (popularne 3 R). y b a ł a § uczniowie poznają podstawysinformatyki, nabywają przy tym pin a rwykorzystania ó umiejętność kreatywnego technologii w realizacji t k , nyrozwiazywaniu problemów swoich pomysłów, ziw ed i z jd § poznanie iekorzystanie z informatyki – myślenia komputacyjnego n in – jestafundamentem dla poznania świata, jak i przyszłego m ie i pełnego uczestnictwa w życiu osobistym, Ndobrobytu zawodowym i społecznym Maciej M. Sysło

Propozycja podstawy programowej Wspólne Cele kształcenia – Wymagania ogólne – dla wszystkich etapów I. Rozumienie, analizowanie i rozwiazywanie problemów na bazie logicznego i abstrakcyjnego myślenia, myślenia algorytmicznego i sposobów reprezentowania informacji. II. Programowanie i rozwiazywanie problemów z wykorzystaniem komputera oraz innych urządzeń cyfrowych: układanie i programowanie algorytmów, organizowanie, wyszukiwanie i udostępnianie informacji, posługiwanie się aplikacjami komputerowymi. Technologia III. Posługiwanie się komputerem, urządzeniami cyfrowymi i sieciami komputerowymi, w tym: znajomość zasad działania urządzeń cyfrowych i sieci komputerowych oraz wykonywania obliczeń i programów. IV. Rozwijanie kompetencji społecznych, takich jak: komunikacja i współpraca w grupie w tym w środowiskach wirtualnych, udział w projektach zespołowych oraz organizacja i zarządzanie projektami. V. Przestrzeganie prawa i zasad bezpieczeństwa. Respektowanie prywatności informacji i ochrony danych, netykiety, norm współżycia społecznego, praw własności intelektualnej; ocena i uwzględnienie zagrożeń, związanych z technologią. Spiralna realizacja na kolejnych etapach Maciej M. Sysło 10

Wyzwania w realizacji kształcenia informatycznego 1. Programowanie od najmłodszych lat – ale co dalej? n programowanie musi być w szerszym kontekście: zabaw, gier, zintegrowanych działań 2. Jak podtrzymywać zainteresowanie uczniów programowaniem i informatyką przez 12 lat w szkole? n pierwsze lata (1 -3 i 4 -6) są najważniejsze dla sukcesu na dalszych etapach 3. Rola programowania – elementem rozwiązywania problemów 4. Nie przegapić w szkole momentu głębszego zainteresowania informatyką i programowaniem – dalszą ścieżką rozwoju uczniów w kierunku informatycznym Maciej M. Sysło

O czym dalej … • Miejsce programowania • Tok zajęć. Podejście: heurystyka i cel: kształtowanie abstrakcji • Aktywności uczniów • Inteligencje i myślenie wielorakie • Przykłady – rozwijające się na kolejnych poziomach edukacji • • Różne poziomy programowania robota Pomysły Bobrów Godzina kodowania trwająca cały rok Porządkowanie i algorytm Euklidesa przez 12 lat UWAGI: 1. Jest to krótki kurs dla nauczycieli 2. Głównie propaguję myślenie Maciej M. Sysło

Dylemat jajka i kury …. . . a może kogut? Dylemat – miejsce programowania: Chyba nie: Kodować by się uczyć (Code to learn) Ale raczej: Uczyć się programować, jeśli potrzeba (Learn to code) By w przyszłości, ewentualnie: Język Programować, by zarabiać (Code to earn) programowania, to język komunikacji z komputerem. Trzeba mieć coś do powiedzenia w tej rozmowie z komputerem. Stare (J. Szczepkowicz): NN nie miał nic do powiedzenia NN nauczył się po hiszpańsku teraz NN nie ma nic do powiedzenia po hiszpańsku hiszpański = jakikolwiek język programowania Maciej M. Sysło

Tok zajęć: problem, pojęcia, algorytm, program Stąd propozycja toku zajęć z elementami programowania: • sytuacja problemowa (zamierzona przez nauczyciela) do rozwiązania przez uczniów: gry/aktywności kooperacyjne, łamigłówki z użyciem obiektów, które mają konkretne/realne znaczenie dla uczniów, roboty, problemy z różnych przedmiotów podejście do rozwiązania: heurystyka: efekt: abstrakcja, pojęcia • pojawia się: sposób rozwiązania, algorytm • algorytm, przepis, rozwiązanie można zaprogramować Komputer, gotowe aplikacje, zasoby sieciowe itp. – mogą pojawić się na dowolnym etapie, w dowolnym momencie – wynikiem decyzji nauczyciela lub uczniów Maciej M. Sysło

Dwa ważne pojęcia: abstrakcja i heurystyka Abstrakcja • J. Wing (CT), Myśleć jak informatyk, znaczy coś więcej niż umieć programować – wymaga to posługiwania się abstrakcją na wielu poziomach. Program to twór abstrakcyjny. • Z perspektywy konstruktywizmu, poznanie nowych pojęć polega na skonstruowaniu umysłowych obiektów (struktur), abstrakcyjnych, i później manipulowaniu nimi w umyśle Heurystyka (George Polya, Jak to rozwiązać, 1945) • Rozumowanie heurystyczne nie jest traktowane jako ostateczne i ścisłe, ale jako prowizoryczne i tylko prawdopodobne, którego celem jest odkrycie rozwiązania danego zadania • Heurystykę buduje się na doświadczeniu w rozwiazywaniu zadań i obserwowaniu innych ludzi rozwiązujących zadania • Odpowiednie zadanie, uczeń musi chcieć je rozwiązać. Maciej M. Sysło

Aktywności, inteligencje, myślenie – uczniów Zalecane trzy formy aktywności, w uzupełnieniu tekstów: • • • wizualne uczenie się (obiekty graficzne, modele abstrakcyjne i fizyczne, obrazkowe programowanie, roboty) słuchowe uczenie się (rozmowy, dyskusje, grupy i cała klasa, …) kinestetyczne uczenie się (fizyczne aktywności uczniów) Inteligencje wielorakie (H. Gardner) – wrażliwości, zdolności, umiejętności: logiczno-matematyczna, językowa, przyrodnicza, muzyczna, przestrzenna, cielesno-kinestetyczna, emocjonalna (interpersonalna, intrapersonalna). Myślenie komputacyjne (mental tools) – metody umysłowe, rozumowania, związane z rozwiązywaniem problemów, gdy mamy możliwość i przewidujemy posłużenie się komputerem. Te metody na ogół wywodzące się z informatyki. Maciej M. Sysło

SP 1 -3, cele ogólne I i II I. Rozumienie, analizowanie i rozwiazywanie problemów. Uczeń: 1) Porządkuje w postaci sekwencji (liniowo) następujące informacje: n obrazki i teksty składające się na historyjki (storytelling), n polecenia (instrukcje) składające się codzienne czynności, 2) planuje w ten sposób późniejsze ich zakodowanie za pomocą komputera. 3) Tworzy polecenia (sekwencję poleceń) dla określonego planu działania lub dla osiągnięcia celu. W szczególności wykonuje te polecenia w aplikacji komputerowej. II. Programowanie i rozwiazywanie problemów z wykorzystaniem komputera oraz innych urządzeń cyfrowych. Uczeń: 1) Korzysta z przystosowanych do swoich możliwości i potrzeb aplikacji TI: komputerowych, związanych z kształtowaniem podstawowych umiejętności: pisania, czytania, rachowania i prezentowania swoich pomysłów. 2) Programuje wizualnie proste sytuacje/historyjki według pomysłów własnych i pomysłów opracowanych wspólnie z innymi uczniami. 3) Steruje robotem lub inną istotą na ekranie komputera lub poza komputerem. Maciej M. Sysło 17

Informatyka bez komputera – Wykształcona małpa Wykorzystywana na zajęciach Uniwersytetów Dziecięcych Służy do: • mnożenia dwóch liczb • dzielenia dwóch liczb • rozkładu liczby na czynniki Z podkładką, może służyć do dodawania Pojęcia: • podstawowe operacje matematyczne, • posługiwanie urządzeniami do liczenia – elektroniczny kalkulator później, tutaj widać, jak są wykonywanie działania • algorytm 1916 Maciej M. Sysło Dla 5 x 5 Dzieci były zainteresowane, gdzie można kupić takie urządzenie !!!!

Roboty, które nas słuchają Poziom 1 -3, 4 -6 – demonstracja Dash & Dot: • zabawy ruchowe: odkrywanie, jakie ma możliwości poruszania się, błyskania, wydawania dźwięków) – 1 -3 • programowanie „dotykowe” – pod dyktando – 1 -3 • programowanie „dotykowe” – własne schematy – 1 -3 • programowanie w Blockly – 4 -6 • wykorzystanie akcesoriów – np. cymbałki Wiele innych konstrukcji (warsztaty): • łamigłówki poza tabletem, wczytywane • Lego We. Do 2. 0, inne Lego, … majsterkowanie, mechatronika – połączenie • Arduino mechaniki z elektroniką • Raspberry Pi Świetne zajęcia z techniki ! Maciej M. Sysło 19 19

Roboty, które nas słuchają Pierwsze kroki – sortowanie odpadów Schemat blokowy do kierowania robotem Maciej M. Sysło Program w Blockly 20 20

Propozycje Bobrów, Godzina kodowania Bóbr 2015, zadanie dla Skrzatów (1 -3): • • utwórz program – przeciągnij i upuść ale zanim, zauważ powtarzające się motywy (iteracja, redukcja) sprawdź program – testowanie ewentualnie, popraw program – debugowanie Godzina kodowania … przez cały rok: • od przedszkola po uniwersytet – na każdy poziom • XII. 2014 – XII. 2015 – 500 tys. uczniów z Polski (10 -16 miejsce w świecie) wśród 140 mln. • w wielu szkołach, na tym bazuje wprowadzenie do programowania w dowolnym języku: • bohaterowie uczniów – z gier i realu, gotowe kursy, przekrój wszystkich konstrukcji algorytmicznych w postaci łamigłówek Maciej M. Sysło 21 21

Program, czy czarna skrzynka? R. W. Hamming (1959): The purpose of computing is insight, not numbers Celem obliczeń nie są liczby, a zrozumienie Przykłady „czarnych skrzynek” w języku Python: 1. Sortowanie – jak to działa, jaki algorytm jest w sorted? >>> a = [3, 6, 8, 2, 78, 1, 23, 45, 9] #definiujemy ciąg liczb >>> sorted(a) #sortujemy, ale jak? [1, 2, 3, 6, 8, 9, 23, 45, 78] #wynik def Euklid. Rek(m, n): if m > n: 2. Algorytm Euklidesa return Euklid. Rek(n, m) – dlaczego to działa i jak długo? else: if m == 0: np. dla liczb 10300 w szyfrowaniu return n RSA? else: return Euklid. Rek(n % m, m) Maciej M. Sysło

Porządkowanie … przez 12 lat w szkole, 1 1. K-3: • Sytuacja: porozrzucane karty z obrazkami zwierząt, owoców itp. Cel: pogrupujcie według własnego uznania • Sytuacja: różne rzeczy, odpady Cel: segregowanie według rodzaju • Informatyka, pojęcia: haszowanie, metoda kubełkowa 2. 1 -3: • Sytuacja: np. ciąg obrazków zwierząt czworonożnych Cel: ustawcie według wagi ciała • Informatyka, pojęcia: – porządek, przestawianie sąsiednich, od najlżejszych • Metodyka: abstrakcyjne myślenie, odkrywanie własnych sposobów • Wsparcie, zabawy – Bóbr: Maciej M. Sysło

Porządkowanie … przez 12 lat w szkole, 2 3. 4 -6: • Sytuacje: różnorodne • Cel: różnorodny kontekst występowania uporządkowania i sposób porządkowania • Informatyka: różnorodne konteksty porządkowania i metody dostosowane do kontekstu Maciej M. Sysło

Porządkowanie … przez 12 lat w szkole, 3 4. 4 -6, Gim • Sytuacje: organizacja rozgrywek, wybór obiektu naj … Cel: znajdź najlepszy/największy/najmniejszy/naj… element • Informatyka: przeszukiwanie liniowe, turniejowe – liczba porównań, pierwsze programy (Pyhon) • Wsparcie: kinestetyczna gra, plansza klasowych/szkolnych rozgrywek 5. 4 -6, Gim • Sytuacje: uporządkowany ciąg Cel: znajdź wybrany element • Informatyka: przeszukiwanie binarne, programy (Uwaga: nie taki prosty, można posłużyć się gotowym) • Wsparcie: zgadywanie liczby, zadania z Bobra (multum) Maciej M. Sysło

Programy – gotowe, ale … show your work Maciej M. Sysło

Porządkowanie … przez 12 lat w szkole, 4 4. Gim • Sytuacja: ciąg liczb Cel: uporządkuj • Informatyka: iteracja: najmniejszy na początek, przestawić elementy w złej kolejności, pierwsze algorytmy porządkowania, pierwsze programy sortujące (Python) • Wsparcie: programy demo, Godzina Kodowania (programowanie) Maciej M. Sysło

Porządkowanie … przez 12 lat w szkole, 5 4. Gim, LO rozszerzenie • Sytuacja: ciąg liczb Cel: uporządkuj • Informatyka: elementy komputerowych implementacji: operacja scalania – porządkowanie przez scalanie, rekurencja, programowanie • Informatyka – pytania ogólne, np. : • znaczenie porządku – łatwo znaleźć – szukanie przez podział ciągu – zamiast 1000 prób, tylko 10 – gra w zgadywanie liczby wśród 1000 • porównanie efektywności metod: przez wybór – stała liczba działań, bąbelkowa – szybka na mało nieuporządkowanym ciągu, porównanie czasów obliczeń Maciej M. Sysło

Algorytm Euklidesa – problemy, pojęcia, algorytmy Tok zajęć 1 -3, 4 -6: 1. Problem przelewania wody: • Czy czerpakami 4 l i 9 l można napełnić naczynie 6 l? • A czerpakami 4 l i 6 l naczynie 15 l? Zabawa na otwartym powietrzu – podejmowanie prób a później w klasie – rozwiązanie: wzięliśmy 2*9 l i wylaliśmy 3*4, czyli: 9*2 – 4 *3 = 6 GREAT! A czy istnieją x i y takie, że: 4 * x + 6 * y = 15? 2. Wieże z klocków: Dwie kupy klocków o jednakowych rozmiarach, np. 4 i 6. Ustawić możliwie najniższe wieże osobno z jednych i osobno z drugich o tej samej wysokości. Jak? Maciej M. Sysło

Myślenie logarytmiczne logarytm i algorytm to anagramy • Logarytm ukryty w algorytmach: • Algorytmiczna definicja logarytmu: ile razy należy podzielić przez dwa liczbę i jej ilorazy, by osiągnąć 1 – można wprowadzić już w gimnazjum! • Euklides mógł wynaleźć logarytm 300 lat p. n. e. , a zrobił to dopiero John Napier 400 lat temu, w 1614 roku. m < n/2 m > n/2 • Generowane liczby są połowione co druga • A zatem, dla 10300, algorytm Euklidesa wykonuje ok. 2000 mnożeń – to chwila, chwilę czekamy na zaszyfrowany mail. Maciej M. Sysło 30 30

Język, języki … - komunikacja z komputerem Granice naszego języka programowania technologii świata za pomocą technologii są granicami naszego poznania (świata) [Ludwig [Maciej Wittgenstein] M. Sysło] Tutaj: Programowanie technologii = kreatywne korzystanie z technologii, ale nie tylko programowanie w języku programowania Wybór języka K-3, 4 -6 – język obrazkowy, wizualny, blokowy Scratch, Blockly – zaleta: jest w Godzinie kodowania, w Robotach, Baltie 4 -6, gimnazjum, LO – język „tekstowy” – proponuję Python, ale może być C++, raczej już nie Pascal, … Ważne Przejście między językami (4 -6 – Gim) – te same konstrukcje programistyczne/algorytmiczne Maciej M. Sysło

Inicjatywy związane z programowaniem § Wykład twórcy języka Scratch, Mitchela Resnicka: po angielsku: http: //edu. rsei. umk. pl/wcce 2013/? q=node/60 z przekładem: http: //edu. rsei. umk. pl/iwe 2013/? q=node/21 § Godzina kodowania – ponad 150 mln uczestników http: //godzinakodowania. pl/ – np. zajęcia dla uczniów, którzy nie czytają § Wiele innych inicjatyw krajowych i zagranicznych § Konkurs Bóbr – http: //bobr. edu. pl/ § Akademia Khana – https: //pl. khanacademy. org/ § Inicjatywy komercyjne: § Programowanie robotów – Wonder: http: //www. wonderpolska. pl/ § Inicjatywa Samsunga: Mistrzowie kodowania Maciej M. Sysło

Myślenie – nie tylko informatyczne Świetny przykład (A. B. Kwiatkowska): próbujemy dopasować jedno do drugiego, porównać zgodność jednego z drugim, lub tylko z fragmentem: n W edytorze: wyszukanie frazy w tekście n DNA – na ile jest ono wspólne dla bliźniąt? n DNA – czy zawiera pewne fragmenty związane z chorobami dziedzicznymi? n W jakim stopniu pokrywają się prace – plagiat? n Informatyka daje metodę/narzędzie dopasowanie wzorca Maciej M. Sysło informatyka + 33 33

Maciej M. Sysło 34

Zaproszenia Konferencja „XIII Informatyka w Edukacji”, 28 -30. 06. 2016 UMK Toruń Strona: http: //informatykadlawszystkich. pl Maciej M. Sysło informatyka + 35 35

Dziękuję Państwu za uwagę i proszę nie zapomnieć: http: //mmsyslo. pl Maciej M. Sysło 36

Wdrożenie – wsparcie rozwoju nauczycieli 1) standardy przygotowania nauczycieli do prowadzenie zajęć z informatyki na różnych etapach edukacyjnych 2) system ewaluacji pracy nauczycieli informatyki, podczas regularnych zajęć z uczniami w klasie; 3) ramowe programy zajęć w uczelniach: n n n studiów podyplomowych studiów nauczycielskich dla przyszłych nauczycieli informatyki na poszczególnych etapach edukacyjnych modułów informatycznych, do kształcenia w uczelniach przyszłych nauczycieli nauczania początkowego i przedszkolnego 4) programy kursów doskonalących nauczycieli, którzy mają uprawnienia do nauczania informatyki; 5) certyfikat – potwierdzenie przygotowania do prowadzenia zajęć z informatyki Maciej M. Sysło 37

Przygotowanie nauczycieli – standardy Standardy są w 4 grupach. Nauczyciel: 1. Kompetencje przedmiotowe: Wykazuje się znajomością informatyki w zakresie, w jakim naucza i stosuje tę dziedzinę w szkole, i umiejętnościami wyjaśniania pojęć i zasad tej dziedziny oraz przekazywania ich innym 2. Kompetencje metodyczne: Celowo i efektywnie posługuje się metodami nauczania informatyki 3. Kompetencje technologiczne: Rozwija środowisko kształcenia informatycznego 4. PD – profesjonalny rozwój: Angażuje się w profesjonalny rozwój Standardy są określone na trzech poziomach: n zintegrowanym, dla nauczycieli nauczania początkowego n podstawowym, dla nauczycieli informatyki: w szkołach podstawowych w klasach 4 -6, w gimnazjach i w szkołach ponadgimnazjalnych (informatyka na poziomie podstawowym) 1. rozszerzonym, dla nauczycieli informatyki w zakresie rozszerzonym Standardy na danym poziomie edukacyjnym obejmują również standardy na poprzednich poziomach, mają więc charakter przyrostowy Maciej M. Sysło 38

Przygotowanie nauczycieli – standardy – przykłady Schooling is about student achievement Maciej M. Sysło 39